专利名称：基于激光的分割方法，待分割物体，和半导体元件芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过使激光束在待分割物体上会聚而分割物体的方法。它还涉及一种物体，该物体上有多个半导体元件电路(多个半导体芯片)，且利用基于激光的分割方法切开，还涉及半导体元件芯片。
背景技术：
如现有技术所述，对于分割物体的方法，已经公知刀片切割方法，其中厚度在几十微米-数百微米范围内的圆盘形刀片高速转动，随着衬底被刀片表面的磨料切割，一块半导体衬底(在下文中可称为工件)被分成多块。在这种方法的情况下，习惯做法是在衬底切割点处喷射水流作为冷却剂，以减小切割过程产生的热量，和/或减小摩擦磨损量。然而，在切割点喷射水流具有下述问题切割过程中产生的工件自身的微小颗粒和磨料混入冷却水中，且散落在包括已经切割成的表面在内的宽广区域上。尤其是，当精确地将其上已形成有多个将成为半导体元件的半导体电路的衬底(比如一块硅晶片)切割成多个芯片时，切割过程中产生的衬底的微小颗粒和磨料，用于将衬底牢固地保持在加工台上的胶带颗粒等混入冷却水中，且散落在包括已经形成半导体电路的表面在内的宽广区域上。
为了解决这一问题，希望在干燥的环境里切割物体，即，不使用冷却水。作为在不使用冷却水的情况下切割物体的方法之一，已经公知通过使更高吸收率的激光束，即波长更长的激光束，在衬底表面上会聚来切割衬底的方法。然而，这种方法将衬底切割点邻近部分与目标点一起熔化；换言之，切割线的邻近部分被损坏。尤其是，当待切割物体是一块半导体衬底时，存在的问题是在靠近切割线的区域，衬底上的半导体电路被损坏。还存在下述问题。即，当利用基于激光的切割装置切割半导体衬底时，衬底的熔化从使激光束会聚于衬底上的一侧的衬底表面传播，直到衬底的相反表面。因此，当熔化物质(衬底等)再次凝固时产生的产物附着在衬底的表面上，不利地影响半导体电路比如逻辑电路的正常运行。
作为上述问题的解决方案之一，已经公知通过使高吸收率的激光束会聚，而使会聚点沿衬底的厚度方向落在衬底中部而切割衬底的方法。例如，如日本专利申请公报2002-192370，或2002-205180公开的方法，能以适当的比例穿透作为待切割物体的衬底的且具有特定波长的激光束，在衬底上会聚，从而使会聚点，即切割开始的点，沿衬底的厚度方向落在衬底的中部。利用这种方法，衬底表面不熔化。因此，认为这种方法能消除上述热量和再次凝固的影响。
而且，上述日本专利申请公报2002-205180公开了一种通过调节沿衬底厚度方向的激光束会聚的深度，沿激光束的投射方向形成多个可以改变衬底性能的点的方法。
然而，根据该公报中公开的方法，切割开始点限于衬底性能改变的区域。因此，难以控制裂纹从切割开始点朝衬底表面扩展的方向和位置，所以，难以使裂纹仅沿正确的方向和位置扩展。
尤其是，在被加工(待切割)物体比如硅晶片具有晶体结构的情况下，裂纹前进的方向受形成所述物体的物质的晶体取向的影响。所以，如果在上述公报中公开的基于激光的切割方法用于分割比如在预定分割线和衬底表面处衬底结晶方向之间具有微小偏差的硅衬底的物体，由于在硅衬底及其上面的元件形成过程中出现的制造误差等，则裂纹将随着朝衬底表面的扩展而错过预定分割线。所以，很可能衬底上的半导体元件的逻辑电路等被损坏。
为了针对硅衬底进行更详细的描述，参照图38(a)，当通过使具有特定波长的激光束L在硅衬底101内会聚而加工内部区域102，该硅衬底101即由单晶硅形成的硅晶片且其表面晶体取向为(100)，从而使激光束在离衬底表面预定深度的位置会聚时，在加工部分102的点102a处，即顶面侧的加工部分102的点处开始的裂纹103a，有时候到达顶面，从而分割衬底。在这种情况下，在通过激光开始加工的点102a处将会形成更高值的晶体取向平面。所以，裂纹不沿着理想线103；它沿着线103a。即，它沿平行于作为解理面的平面(110)或(111)的方向倾斜。图38(b)示意地示出了衬底，其顶面平行于晶体取向平面(100)，且解理面平行于晶体取向平面(111)。在这种情况下，硅衬底101的顶面将沿实质上偏离预定线的线分割。而且，如果硅衬底101上进行加工的部分102在衬底101内部深处，那么加工开始点102a和衬底101的顶面之间的距离变得相当大。因此，衬底101有时候不能分割成多个半导体芯片。
而且，更靠近硅衬底101顶面的裂纹部分，即更靠近形成半导体元件的重要表面的裂纹部分，受形成衬底101的硅晶体的状态影响。因此，如果结晶缺陷等正好在衬底101的顶面和紧接顶面内部的加工部分101之间，那么有时会出现这种对衬底101顶面上的结构元件有害的裂纹。而且，如果不需要的裂纹正好出现，那么不可能人工地防止裂纹生长，因此，衬底101顶面上的电路有时候会被损坏。
尤其是，在用于制造液体喷射头的衬底的情况下，上面已经形成多个液体喷射孔，在液体喷射孔的开口下方，有许多用于供应作为墨水的液体的管状结构。所以，可能会不需要的裂纹从加工部分102扩展，前进到上述的内部管状结构，而损坏衬底。当衬底的厚度与对衬底进行加工的衬底内部部分的尺寸(长度)(内部裂纹的长度)相比相当大时，这种可能性更大。
在利用基于激光的装置加工物体时，有时候会发生如下情形，即在物体加工过程中产生的裂纹通过前进到物体表面而分割物体。在这种情况下，被加工物体往往移动，使其此后不可能利用激光束精确地跟踪预定分割线。
这个问题是由于下述原因而必须解决的最重要的问题之一。即，在使激光束会聚于衬底上的步骤到芯片从衬底上精确地分离的步骤的期间内，从会聚和衬底搬运的观点来说，除了精确地保持衬底而精确地分割衬底的观点之外，当从硅衬底上分离在硅衬底表面上形成的许多半导体芯片时，更方便的是使每一芯片保持连接于衬底，直到芯片实际上与衬底分离的步骤。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种基于激光的分割方法，该方法能确保从已经通过使激光束会聚在物体内部的给定点上而加工的被加工物体的内部部分产生的裂纹，被精确地引导至物体表面上的预定分割线，以便明显地提高分割物体的效率、安全性和可靠性的级别，而且，本发明还提供了优选用于实现本发明的上述目的的一种待分割物体和半导体芯片。
根据本发明的一方面，提供了一种利用激光束从待分割物体上分割一部分的激光分割方法，所述方法包含通过在所述物体表面上形成线性下凹部分而加工物体的表面加工步骤，所述线性下凹部分在物体表面有效地产生应力集中；在激光束通过两者之间的相对运动扫描物体表面所沿着的直线上的物体深度处，形成内部加工区域的内部加工区域形成步骤，所述激光束靠近所述深度处会聚，其中这样形成的内部加工区域沿实质上垂直于物体表面的方向延伸；以及，对物体施加外力而在所述下凹部分和所述内部加工区域之间形成裂纹的外力施加步骤。
具体而言，本发明提供了一种用于将待分割物体分割成多个更小的单个块的基于激光的分割方法，其特征在于它包含在物体的表面上形成下凹部分，而使应力集中在物体表面的表面加工步骤；激光束会聚至物体内的、位于离物体表面预定深度的位置的一个或多个点的内部加工步骤，以便形成多个加工部分，所述加工部分从聚光点沿与物体表面相交的方向延伸，并且激光束和物体表面沿平行于物体表面的方向互相相对运动，以便在物体表面下方形成沿平行于物体表面的方向平行对准的多组加工部分；通过对所述物体施加外力，在上述每一下凹部分和对应的加工部分之间形成裂纹的裂纹形成步骤。
根据本发明的另一方面，提供了一种待分割物体，该物体上形成分别包括半导体元件的多个电路，所述物体包含在所述物体表面上形成的下凹部分；通过应用会聚在所述物体的深度处的激光束而在所述物体内部形成的内部加工区域，其中通过使所述下凹部分与所述内部加工区域连接，将所述物体分割成多个分别具有半导体元件的元件芯片。
具体而言，本发明提供了一种待分割物体，上面形成有多个半导体电路，其特征在于包含在其表面上形成的下凹部分；通过使激光束在物体内会聚而在物体内形成的加工部分，且其中该待分割物体可以通过使上述每一下凹部分和对应加工部分之间的裂纹扩展，分割成多个具有半导体元件的单个元件芯片。
根据本发明的另一方面，提供了一种通过从待分割物体上断裂和分割而形成的半导体元件芯片，所述物体具有在其表面上的多个半导体元件电路，在表面上形成的下凹部分和通过会聚激光束形成的内部加工区域，其中所述物体具有晶体结构，所述半导体元件芯片包含通过分割形成的侧面；已经构成所述下凹部分的至少一部分的部分；已经构成所述内部加工区域的一部分的熔化凝固部分；以及，已经构成所述下凹部分和所述内部加工区域之间的裂纹的解理面。
具体而言，本发明提供了多个单个的半导体芯片，所述芯片通过在已经形成多个半导体元件电路的物体表面上形成下凹部分，通过使激光束在所述物体内会聚而在所述物体内形成加工部分，此后分割所述物体而形成，其特征在于通过分割所述物体形成的每一元件芯片的侧面包含至少所述下凹部分的内部表面之一、所述加工部分的表面之一，和在所述下凹部分和对应加工部分之间产生的裂纹表面之一的一部分。
结合附图考虑本发明优选实施例的下述内容，本发明的这样和其他目的、特征和优点将更为明显。
图1是示出了在第一实施例中裂纹前进方向的示意图。
图2是用于描绘本发明第一实施例的示意图。
图3是用于描绘如何将多个异常(矩形)形状的芯片从衬底上分割的示意图。
图4是用于描绘本发明的第一实施例中的硅衬底的图，图4(a)是衬底的透视图，图4(b)是图4(a)的一部分的放大图，图4(c)是图4(b)所示硅衬底的一部分的剖面图。
图5是在第一实施例中，分割物体(硅衬底)的工艺的流程图。
图6是用于描绘利用一块胶带安装硅衬底的工艺的示意图。
图7是用于描绘校正晶片的工艺的示意图。
图8是用于描绘形成表面划痕的划刻工艺的示意图，图8(a)示出了表面划痕的深度不大于氧化物薄膜厚度的情况，图8(b)示出了表面划痕的深度等于氧化物薄膜厚度的情况。
图9是硅衬底的图，其顶边缘已经倒角，图9(a)是其平面图，图9(b)是沿图9(a)的线A-A的剖面图，图9(c)是用于描绘如何在倒角的表面上形成表面划痕的图，图9(d)是图9(a)的部分E的放大图，图9(e)是用于描绘经过倒角部分的裂纹前进的示意图。
图10是用于描绘在倒角边缘附近的硅衬底表面区域的加工过程的示意图。
图11是用于描绘在倒角边缘附近的硅衬底表面区域的加工过程的剖面图。
图12是硅衬底的已加工顶面的示意图，图12(a)示出了通过金刚石镶刃刀具制成的划痕(凹槽)，图12(b)示出了通过YAG激光束形成的浅划痕(凹槽)，图12(c)示出了通过YAG激光束形成的更深的划痕(凹槽)。
图13是示出了已经在顶面上形成划痕(凹槽)，且已经分离了芯片之一的硅衬底的示意图。
图14是用于描绘形成内部裂纹的工艺的示意图，图14(a)示出了用于投射激光束的设备，图14(b)示出了内部裂纹扩展的机理。
图15是用于描绘经硅衬底的边缘部分形成内部裂纹的工艺示意图。
图16是用于示出深度和密度不同的多个内部裂纹组的示意图。
图17是用于示出裂纹如何从激光束会聚的衬底内部点，朝衬底的底面和顶面前进的示意图。
图18是示出了从激光束会聚的衬底内部点仅朝衬底底面前进的裂纹状态的示意图。
图19是用于描绘使裂纹从激光束会聚的衬底内部点仅朝衬底底面前进的方法的示意图。
图20是用于描绘顶面上形成的划痕(凹槽)和对应内部裂纹之间的位置关系的示意图。
图21是用于描绘内部裂纹已经前进到硅衬底底面的情况的示意图。
图22是用于描绘形成深度不同的多个裂纹的顺序的示意图。
图23是用于描绘当形成多组裂纹时，每组深度不同，激光束扫描衬底的方法的示意图。
图24是用于描绘利用滚筒分割衬底的工艺的示意图。
图25是用于描绘硅衬底的倒角边缘和裂纹扩展方向之间的关系的示意图。
图26是用于描绘利用筒夹分割衬底的工艺的示意图。
图27是用于描绘利用工具向衬底传递冲击而分割衬底的情况的示意图。
图28是用于描绘修整工艺的示意图。
图29是在本发明的第二实施例中衬底分割工艺的流程图。
图30是用于示出通过蚀刻在氧化物薄膜顶面上形成的凹槽(下凹部分)的示意图。
图31是示出了在氧化物薄膜的厚度和反射率之间关系的图。
图32是用于描绘本发明的第三实施例的示意图，图32(a)是硅衬底的一部分的透视图，图32(b)是用于示出在图32(a)的预定分割线C1下方，沿垂直于衬底顶面的方向对准的已加工内部部分的示意图，图32(c)是用于示出在图32(a)的预定分割线C2下方，垂直于衬底顶面对准的已加工内部部分的示意图。
图33是用于描绘本发明的第四实施例的示意图，图33(a)示出了衬底的多个内部点，它们深度不同，且通过分割主激光束形成的多个次激光束会聚在所述内部点处，图33(b)和33(c)示出了用于使激光束会聚的光学系统。
图34是用于描绘第四实施例中的使激光束会聚的另一光学系统的示意图。
图35是用于描绘第四实施例中的使激光束会聚的另一光学系统的示意图。
图36是本发明的第五实施例中的内部裂纹的示意图。
图37是本发明的第六实施例中的内部裂纹的示意图。
图38是用于描绘现有技术的分割衬底的方法的示意图。
具体实施例方式
在下文中将描述本发明的优选实施例，所述实施例涉及通过断裂将已经形成多个作为半导体元件的逻辑元件10a的硅衬底10，分割成多个单独的元件芯片的方法。
在本发明的下述实施例中，衬底的两个主表面中，上面形成多个半导体电路的表面称作顶面，与顶面相反的表面称作底面。这样，当衬底的主表面之一简称为衬底表面时，它可以是顶面或底面。所以，当待分割物体是无论从顶侧或底侧分割的物体时，所述物体的两个主外表面将简称为物体表面。
参照图1和2，通过使激光束L会聚在硅衬底10的内部点A处，对衬底10的内部部分进行加工，所述内部点具有离硅衬底10顶面的预定距离，所以已加工部分不到达衬底的顶面11。在这里，加工衬底10的给定部分指的是改变所述部分的晶体结构、软化所述部分、熔化所述部分、和/或在所述区域产生裂纹等等。在该实施例中，在硅衬底10的给定部分产生裂纹主要是硅衬底的内部加工。
激光束L和衬底本身互相相对移动，而使光学系统的焦点沿预定分割(断裂)线C移动。结果，沿预定分割线C形成带形的多组裂纹(图3和4)。
图1是与光学系统的焦点重合的衬底所述点及其相邻部分的放大图。
在形成比如上述的那些多组裂纹之后或之前，通过划刻工具等在作为待分割物体的衬底的顶面上，沿预定分割线C(C1和C2)，形成划痕11a(浅槽)，随后将沿该分割线将衬底分割。预定分割线是没有宽度的虚线，但沿预定分割线形成的表面划痕11a为具有一定宽度的凹槽形式。衬底的顶面的划刻，仅需使所形成的划痕(凹槽)宽度不大于比如在衬底分割过程中可能出现的碎屑之类的缺陷的允许宽度。在这里，碎屑指的是分割衬底时产生的不需要的裂纹。它是在元件芯片边缘的空白部分。而且，因为利用划刻工具等划刻衬底10的顶面而在硅衬底10的顶面上形成表面划痕11a，所以其内表面与沿硅衬底10的解理面形成的内部裂纹的表面不同。当用肉眼观察时，它不与单晶硅形成的硅衬底的特定晶向平面重合。
在形成表面划痕11a之后，和通过激光束L在硅衬底10内形成裂纹之后，向衬底10施加外力。随着外力的施加，由于施加外力而产生的应力集中在衬底10的顶面的表面划痕11a处。结果，在表面划痕11a底部和通过激光束L形成的内部裂纹顶端之间出现裂纹；表面划痕11a连接于内部裂纹12c。通常，这种裂纹大致直线形。即使这种裂纹呈现为z字形模式(如果裂纹沿硅衬底特有的多个晶向平面扩展，那么它为z字形)，出现在衬底10的顶面11的裂纹部分保持在凹槽形式的表面划痕内。换言之，裂纹的z字形模式的幅度保持在衬底10的顶面11被划刻工具划刻的宽度内。所以，通常不会出现裂纹以偏离预定分割线C的方式扩展的情况。
(实施例1)
下面将描述从硅衬底10上分离多个元件芯片的方法，如用于形成喷墨打印头的芯片，在每一芯片上已经形成喷墨打印头的结构部件，比如电路，如逻辑元件10a，用于驱动喷墨打印头，喷墨孔等。
图4(a)和4(b)中所示的硅衬底10是由单晶体形成的厚度625μm的硅晶片1形成的。其顶面平行于单晶体的晶向(100)。在硅晶片1的顶面上已经形成厚度约1μm的氧化物薄膜2。在氧化物薄膜2顶部，放置多个喷嘴层3，包含用于喷射液体比如墨水的机构，用于驱动这些机构的逻辑元件，布线等，构成多个逻辑元件10a，如图4(c)所示。紧接每一喷嘴层3下方，如上所述喷嘴层含有液体喷射机构等，通过各向异性蚀刻工艺蚀刻硅晶片1而形成液体供应孔4(墨水供应孔)。所述多个喷嘴层3在硅晶片1上以可在制造工艺的最后阶段沿预定分割线C将硅晶片1分割成多个元件芯片的排列方式形成；每一预定分割线C将在相邻两个喷嘴层3之间。预定分割线C平行于硅晶片1的晶向形成。相邻两喷嘴层3之间的间隙S至少约100μm。
图5是用于描绘将硅衬底10分割成多个逻辑元件10a的工艺的流程图，其中所述多个逻辑元件将制成多个元件芯片。该工艺包含七个步骤利用胶带安装硅晶片1的步骤1；校正硅晶片1的步骤2；在硅晶片1的顶面上切割下凹部分(凹槽)的步骤3；形成内部裂纹的步骤4；分割硅晶片1的步骤5；修整元件芯片的步骤6；拾取(收集)元件芯片的步骤7。下面，将按逻辑顺序描述这些步骤。
参照图6，硅衬底10安装在切割框架M上，以便防止元件在分割步骤之前分离；它放在粘贴于切割框架M的切割带T上，而使硅衬底10利用底面附着于切割带T上。
至于切割带的选择，可以使用涂敷有可利用紫外线固化的粘结剂的带，涂敷有压敏粘结剂的带，涂敷有普通粘结剂的带等。
如上所述，在硅衬底10的顶面上由树脂制成的每一喷嘴层3在硬化时放热收缩。所以，在形成喷嘴层3之后，硅衬底10整体已经如图7(a)所示变形。如果硅衬底10在处于这种变形状态时暴露于以扫描方式投射的激光束，那么硅衬底10的顶面11上的各点的激光束入射角不同，使其不可能精确地加工硅衬底10。因此，必须在利用激光束加工之前校正硅晶片10。至于校正硅晶片10的方法，通过利用吸力台D从切割带T一侧吸取硅衬底10来校正硅晶片10，如图7(b)所示。
下面，为了精确地将硅衬底10分割成多个逻辑元件10a，在硅衬底10的顶面11上沿预定分割线C形成表面划痕11a(浅凹槽)。优选这样形成表面划痕，即每一表面划痕的中心线和对应预定分割线C的中心线大致互相重合。
将硅衬底10分割成多个元件芯片的所述方法不同于利用刀片将硅衬底10切割成多个元件芯片的方法，因为与后者不同，在前一种情况下，实际上当将硅衬底10分割成多个元件芯片时几乎没有从预定分割线的相邻部分去除硅衬底10的任何部分。所以，分割缺陷比如削片、碎屑(衬底缺陷)等的最大容许宽度等于硅衬底19的顶面11划刻的宽度。在这里，划刻宽度等于衬底10的所述区域的宽度，所述区域在分离元件芯片时可以被去除而不损坏元件芯片，且它包括预定分割线。这样，表面划痕11a的宽度仅需设为不大于在分割硅衬底10时可能出现的缺陷的容许尺寸。例如，如果当分割硅衬底10时随着边缘碎裂在元件芯片外围边缘出现的损坏的容许尺寸，从对应的外围边缘不大于30μm时，划刻宽度仅需不大于30μm，例如约20μm。
换言之，沿预定分割线C形成表面划痕11a使得有助于施加外力分割硅衬底10的应力集中在划痕11a处。结果，裂纹起始于表面划痕11a，且向硅衬底10内部前进。应力集中出现在相邻两元件芯片10a之间区域的有限区域内；应力集中的区域是表面划痕11a内的区域，所以比表面划痕11a窄。因此，不会出现由于产生不需要的裂纹而损坏逻辑电路等。
至于产生表面划痕11a的方法，所需的仅是沿预定分割线C，利用装有碳化物或金刚石镶刃刀片的划刻器40划刻硅衬底10的顶面，如图8(a)和图8(b)所示。从应力集中的观点来说，希望表面划痕11a的宽度不小于2μm，且深度不小于1μm。然而，表面划痕的尺寸必须在表面划痕11a不与产生内部裂纹12的激光束L的路径干涉的范围内。更准确地说，表面划痕11a的深度值希望足够大，从而使得在表面划痕11a和内部裂纹12之间的区域产生应力集中，然而，它可以小于氧化物薄膜2的厚度，或衬底10的表面层的厚度，如图8(a)和8(b)所示。而且，即使它与氧化物薄膜2的厚度相同，如图8(c)所示，或大于氧化物薄膜2的厚度，那么也不会有问题。
形成表面划痕11a对具有逻辑元件10a的顶面11来说是强制性的。然而，表面划痕11a可以不仅在硅衬底10的顶面上形成，而且在硅衬底10的底面上以及硅衬底10的侧面上形成。
图9(a)是硅衬底的顶视图，图9(b)是沿图9(a)中的线A-A看到的硅衬底10的边缘部分的剖面图。通常，为了防止硅衬底的外围边缘碎裂或破裂，所述外围边缘如图所示倒角。通过如图9(c)所示加工硅衬底10，在硅衬底10的这一斜面10c(通过倒角形成)以及顶面11上形成表面划痕11a。
当在硅衬底10的顶面11处硅衬底10的解理面的方向与预定分割线C的方向重合时，将形成表面划痕11a的硅衬底10的表面区域可能仅是硅衬底的倒角的外围表面，如图10(a)所示。参照图10(b)和10(c)，它们是沿图10(a)的线A-A的硅衬底10的边缘部分的剖面图，至于在硅衬底10的边缘部分上形成表面划痕11a，表面划痕11a可以形成在斜面10c(通过倒角形成)，顶面11的周边，和垂直侧面(图10(b))上；在斜面10c(通过倒角形成)，和垂直侧面(图10(c))上；或仅在垂直侧面(图10(d))上。而且，表面划痕11a可以如图11(a)所示形成。在这种情况下，不形成完整的元件芯片的硅衬底10的外围部分在形成表面划痕11a之前垂直切断。然后，在硅衬底10的剩余部分的边缘部分上形成表面划痕11a。而且，在这种情况下，将形成表面划痕11a的硅衬底10的区域可以是硅衬底10的剩余部分的顶面的外围部分(图11(b))和硅衬底10的剩余部分的垂直侧面(未示出)。换言之，在选择将形成表面划痕11a的硅衬底10的表面区域时，重要的是该选择是在考虑硅衬底10的内部加工位置的情况下作出的，这将随后描述，而且在选定的表面上形成表面划痕11a可确保精确地分割硅衬底10。当表面划痕11a仅在硅衬底10的外围部分上形成时，下面将描述的硅衬底10的分割工艺仅需进行到从表面划痕11a产生裂纹。
顺便提及的是，如果在进行上述晶片校正工艺之前在硅衬底10的底面上形成表面划痕11a，那么更容易沿水平方向对硅衬底10的底侧加压，所以，更容易使硅衬底10变平。在这种情况下，与顶面11上的表面划痕11a相比，在硅衬底10的底面上形成的表面划痕11a希望更适于对硅衬底10的底部加压；希望比顶面11上形成的表面划痕11a更宽。至于在硅衬底10的底面上形成的表面划痕11a，表面划痕11a可以在通过各向异性蚀刻形成墨水供应孔4时，通过各向异性蚀刻形成，因为这将缩短加工时间。
在将随后描述的形成内部裂纹之前，使用工具40通过划刻工艺形成表面划痕11a，如该实施例中，使其可以防止硅衬底10由于加工硅衬底10时向硅衬底10施加的载荷而产生不需要的裂纹。还可以使用表面划痕11a作为基准线，以便精确地示出后续阶段中激光束会聚的点(线)，从而提高通过激光束加工硅衬底10的效率。
显然，表面划痕11a可以在通过激光束L形成内部裂纹之后形成。在这种情况下，不会出现激光束L被凹槽形状的表面划痕11a遮蔽(即激光束L被表面划痕11a的内表面部分地反射)，所以进入衬底的激光L量变得更小的问题。所以，可以更有效地形成内部裂纹。
可以利用图8所示方法之外的方法形成表面划痕11a。
本发明的发明人在硅衬底10可以分割的精度方面比较了下述三种用于形成表面划痕11a的工艺(I)，(II)和(III)。工艺(II)和(III)利用基于脉冲激光的加工装置实施，用于形成内部裂纹，将随后描述，且激光束L会聚在硅衬底10的顶面11的邻近部分。工艺(II)和(III)之间的差别是通过改变激光输出，激光束L会聚的点离硅衬底10的顶面11的深度而造成的。
(I)利用如图12(a)所示的金刚石镶刃刀具形成如图12(a)所示的表面划痕11a(2-5μm深)；(II)利用YAG激光形成如图12(b)所示的表面划痕11a(2-5μm深)；(III)利用YAG激光形成如图12(c)所示的表面划痕11a(30μm深，且剖面为楔形)。
在每种情况下，硅衬底10是单晶体形成的厚度625μm的硅晶片。其顶面平行于单晶体的晶向(100)。紧接对应表面划痕11a的下方，按照如下所述的“内部裂纹形成工艺”形成多个内部裂纹12，而使它们从离顶面11为10μm深的平面，沿硅衬底10的厚度方向(深度方向，或与顶面相交的方向中垂直于顶面的方向)，延伸到离底面约100μm的更低平面，且互相连接。结果，实际上形成尺寸为470-480μm的表面上是单个一条的内部裂纹。
结果如下至于分割硅衬底10所需的外力，情形(II)需要最大的外力来分割硅衬底10，情形(II)和(I)分别为第二和第三。至于所形成的分割线的幅度，分割线保持在表面划痕11a内；换言之，硅衬底10被精确地分割。在工艺(I)的情况下，该工艺为非热工艺，从表面划痕11a产生的裂纹前进到紧接表面划痕11a下方的内部裂纹12，所述表面划痕11a的中心线与预定分割线的中心线重合。结果，硅衬底10被最精确地分割；并且硅衬底10被分割，从而使硅衬底10分割产生的表面实际上垂直于硅衬底10的顶面和底面。
图13示出了产生于表面划痕的最终裂纹示例(宽度12-15μm，深度约3μm)，该示例不同于上述的，且利用类似于工艺(II)的工艺形成。表面划痕11a的形状使其剖面的底部看起来象盘子的底部形状。在这种情况下，即使当分离元件芯片具有较大的边缘缺陷，比如图13(c)所示的F部分，所述缺陷也小于表面划痕11a的宽度。
从经验上已知，即使硅衬底10的内部裂纹12、预定分割线C和表面划痕11a沿垂直于硅衬底10的顶面11的方向对准，分割硅衬底10所需力的大小由于表面划痕11a的形状不同而不同，且分割硅衬底10所需力的数值越大，分割硅衬底10的精度水平越低。
换言之，图13所示的情形表明，即使表面划痕11a通过比如工艺(II)的工艺形成，且因此需要较大的外力来分割硅衬底10，只要是正确地选择在顶面上加工硅衬底10的条件、进行内部加工的条件、以及分割的条件，就可以分割硅衬底10并使分割线不偏离表面划痕11a；换言之，通过适当地选择上述条件，在分割硅衬底10时在元件芯片的外围可能出现的缺陷尺寸可以小于表面划痕11a的宽度。
工艺(II)和(III)需要比工艺(I)更大的作用力来分割硅衬底10的原因似乎是裂纹在表面划痕11a的邻近部分在工艺(II)和(III)中比在工艺(I)中更难以前进。在这种情况下，当考虑到通过工艺(I)和(II)形成的表面划痕11a形状类似时，显然在表面划痕11a的形状和分割硅衬底10所需的作用力之间没有大的相关性。而且，考虑到当通过工艺(II)和(III)形成表面划痕11a时，在表面划痕11a的邻近部分有通过加热而熔化的衬底材料形成的碎片，在工艺(II)和(III)，以及工艺(I)之间分割硅衬底10所需的力的差值似乎归因于在表面划痕11a的邻近部分的硅由于激光产生的热量而成为非晶态的现象，因此防止硅衬底10的结晶性有助于硅衬底10的分割。
根据上述发现和理论，为了通过施加尽可能小的力，将硅衬底10分割成多个元件芯片，已经研究了多种不需要向硅衬底10施加足以熔化硅的热量的工艺，作为形成表面划痕11a的工艺。例如可以使用化学蚀刻，即，不热熔化硅的方法，代替上述使用划刻器的机械方法。如上所述，通过由从硅衬底10的底面形成墨水供应孔4的相同工艺进行各向异性蚀刻形成V形表面划痕11a，减小了芯片制造工艺的总长度。
在该步骤中，比如图2所示的内部裂纹利用图14(a)所示的加工设备50形成。这种加工设备50包含光源光学系统，聚光光学系统52，自动平台53，和未示出的对准光学系统。所述光源光学系统包含光源51，光束扩展系统51a，反射镜等。聚光光学系统52包含物镜52a(显微镜的)，反射镜52b等。自动平台53包含X平台53a，Y平台53b，微调节平台53c等。所述对准光学系统用于根据取向平面10b(图4)对准作为工件的硅衬底10。对于光源51，使用脉冲YAG激光的基波(1064nm)。
脉冲宽度在15-1000纳秒范围内，频率在10-100KHz范围内。这种激光器的激励光源是半导体激光器，且传输给该激励光源的功率可以通过改变注入半导体激光器中的电流而改变。脉冲宽度可以通过改变该注入电流的数值和频率而改变。
根据光谱透射率选择激光L。所以，可使用任何激光L，只要可以在其会聚点A处形成强电场，且其波长在能穿透硅传输的范围内。
从光源51发出的激光束L经光束扩展系统51a等进入聚光光学系统52。
对于聚光光学系统52的显微镜物镜52a，采用放大倍数例如为20(NA＝0.42)或50(NA＝0.55)的镜头。而且，考虑到硅的折射系数，可以采用能用于显微观察、且对于硅的内部加工来说最佳的聚光透镜。激光束L通过聚光光学系统52会聚在工件W上，且经过硅衬底10的顶面11进入硅衬底10中，其中在所述顶面上有逻辑元件10a，如图14(b)所示。
在这里，光学条件的设定使顶面11上的表面划痕11a的存在无关紧要。具体而言，考虑到由于存在表面划痕11a造成的能量损失，使用加大功率的方法，定位激光束L而使其经没有表面划痕11a等的区域进入硅衬底10的方法。当激光束经顶面11进入硅衬底10时，它在顶面11折射，且会聚至点A，该点在顶面11内预定距离(a)处，且产生内部裂纹12c。
根据试验，希望根据光束会聚点、氧化物薄膜2的结构、和用于所述工艺的激光波长设定加工条件，从而由于下述原因，使硅衬底10的顶面11和图2所示的内部裂纹12c的顶端之间的距离不小于10μm。即，在硅衬底10的加工过程中存在着内部裂纹12c偶然连接于表面划痕11a的可能性，和/或硅衬底10的顶面11由于硅衬底10暴露于激光束L的条件而损坏的可能性。所以，必须确保这些可能性不会变成现实。
会聚点A的深度(a)可以通过移动工件W(即硅衬底10)或聚光光学系统52来进行控制。当硅衬底10相对于波长1064nm的折射系数为n时，且机械运动量(硅衬底10或聚光光学系统52沿平行于光轴的方向移动的距离)为d时，会聚点A的光学运动量为nd。当波长在1.1-1.5μm的范围内时，硅衬底10的折射系数n约为3.5；硅衬底10的试验测定的折射系数实际值非常接近3.5。换言之，当机械运动量为100μm时，激光束L的会聚点A在离顶面11的硅衬底10内350μm内。
而且，物质的折射系数接近3.5表明所述物质基本上为反射。通常，当光束以直角进入物质时，反射率为((n-1)/(n+1))2。所以，在硅衬底10的情况下约为30％，且其余光能到达硅衬底10内部。而且，硅衬底10本身吸收一定量的光。所以，实际上会聚在会聚点A的光能更小。当实际测量厚度为625μm的硅衬底10的透射率时，它约为20％。
当激光束L会聚在会聚点A时，位于会聚点A的硅部分局部改变晶体结构。结果，产生内部裂纹12。根据试验结果，内部裂纹的长度(b)在2-100μm的范围内。
如上所述，紧接预定分割线C下方的硅衬底10的内部部分通过首先形成开始于硅衬底10内一点的内部裂纹，然后沿预定分割线C相对于硅衬底10移动会聚点A而进行加工。参照图3，有两种预定分割线C，即，线C1和C2，它们是参照取向平面10b设计的，且互相垂直。
工件W，或硅衬底10a安装在可沿X和Y方向运动的自动平台53上，所以，其位置可以在水平平面内自由地改变。至于工件W沿平行于光轴的方向(平行与硅衬底的深度方向的方向)或方向Z的运动，工件W通过提供其上安装有工件的自动平台而移动、或提供具有Z平台52c的聚光光学系统而移动，从而可以改变聚光光学系统52和工件W之间的间隙。
工件W沿X或Y方向移动的速度根据频率和/或裂纹模式确定。通常，当频率在10-100KHz范围内时，认为10-100mm/sec的范围是标准移动速度范围。如果移动速度超过100mm/sec，那么硅衬底10的内部会沿移动方向被不连续地加工。在某些情况下，沿预定分割线C的方向相邻两裂纹之间的距离变得相当大，或出现类似的问题，不利地影响后续步骤或分割步骤。
至于聚光光学系统52，设置观测摄像机52d，而使工件上的激光束L会聚的点与观测摄像机52的焦点重合。因为硅衬底10的反射率约30％，采用与光源输出匹配的滤波器，以便防止观测摄像机52的元件损坏。至于观测的照明，为了能实现凯勒(Koehler)照明，采用中继透镜，而使用于聚光的显微镜物镜52a的入射光瞳的位置与光源的位置重合。而且，通过滤波器完成照明，以便尽可能地防止用于照明的光学元件损坏。
通过采用除了上述的观测光学系统之外的自动会聚光学系统54测量到工件W的距离。自动会聚光学系统54获得由观测摄像机52d所获得的图像对比度，并计算焦度和倾角。实际上，通过测量焦度和倾角，同时微小地改变距工件W的距离，以便测量该对比度，就可以选择最佳位置。自动会聚光学系统根据工件W，或硅衬底10的平行性进行调节。顺便提及的是，自动会聚系统可以是通过投射激光束测量距离的类型。
硅衬底10如上所述进行内部加工，且在开始加工硅衬底10之前必须注意下述要点。
(I)参照图15，硅衬底10的加工从硅衬底10的边缘开始。然而，硅衬底10的外围如前所述进行倒角。所以，存在着硅衬底10将在垂直于硅衬底10的顶面的方向上，沿不与预定分割线对准的线进行加工的可能性。参照图9(d)，该图是图9(a)的部分E的放大图，倒角产生的表面(倾斜)10c不同于硅衬底10的实际顶面，因为在前者的情况下，其法线的方向不同于激光束进入的方向，所以，激光束会聚在偏离预定会聚点A的点处。因此，内部裂纹线沿不同于如图所示的预定分割线的方向形成。如果沿上述方向形成一组内部裂纹，那么存在着当随后描述的分割硅衬底10时，硅衬底10将开始从其外围分割，且将沿不同于如图9(e)所示的预定分割线C的线分割的可能性。至于加工硅衬底10而使内部裂纹即使在硅衬底10的倒角部分中也沿预定分割线C形成的方式，可以使用根据倒角形成的斜面角度、改变激光束的入射角的方法。然而，采用这种方法使系统复杂，所以不实用。也可以仅在实际顶面11下方的硅衬底10的所述部分内形成内部裂纹(在倒角形成的斜面10c下方的硅衬底10的部分中没有形成内部裂纹)，形成用于分割硅衬底10的内部裂纹，而使内部裂纹从硅衬底10的中心朝外围前进，然而，在这种情况下，内部裂纹可以在倾斜的外围表面10c的邻近停止前进。比较起来，在该实施例中，已经沿预定分割线C形成表面划痕11a，所以，内部裂纹的前进得到表面划痕11a的引导。所以，硅衬底10不会沿预定分割线C之外的线被分割。换言之，可以防止从硅衬底10的外围斜面10c产生不需要的裂纹的问题。
从该实施例的上述内容显然希望内部加工限于在实际顶面下方的硅衬底10的部分(但除去倒角产生的外围斜面)；内部裂纹加工结束的点与位于倒角产生的外围斜面和实际顶面之间的边界重合，或与从边界朝中心稍偏移的点重合。
(II)参照图3，当将硅衬底10分割成多个不寻常的形状、例如矩形的芯片时，首先，沿预定分割线C1(第一分割方向)形成一组内部裂纹12，该分割线C1平行于每一芯片的较长边缘，然后沿预定分割线C2(第二分割方向)形成一组内部裂纹12，该分割线C2平行于每一芯片的较短边缘。
当硅衬底10支撑不寻常形状的芯片，更准确地说，支撑矩形芯片时，在沿平行于每一芯片的较长边缘的直线分割硅衬底10时比在沿平行于每一芯片的较短边缘的直线分割硅衬底10时，更可能出现硅衬底10没有完全被分割的问题，或硅衬底10不合需求地被分割。根据工艺(II)，不会出现用于沿平行于每一芯片的较长边缘的预定分割线C1内部加工硅衬底10的激光束被沿平行于每一芯片的较短边缘的预定分割线C2形成的一组内部裂纹部分地阻挡。所以，确保硅衬底10沿平行于每一芯片的长边缘的预定分割线C1进行令人满意的内部加工。
如上所述，每个会聚点A形成的内部裂纹的长度为2-100μm，但进行内部加工的硅衬底10的厚度为625μm。所以，为了容易且精确地在硅衬底10的顶面11上的预定分割线处分割硅衬底10，沿硅衬底10的厚度方向硅衬底10的多个内部部分必须在水平方向上对每个点进行加工。至于硅衬底10的多个内部部分的加工顺序，首先加工离顶面11最远(最深)的部分，然后朝顶面11向上一个接一个地加工。
参照图16(a)，在硅衬底10的水平方向上，所有沿硅衬底10水平方向的加工点的沿硅衬底10的厚度方向的所有第n个裂纹这样形成，即它们深度相同，且沿平行于预定分割线C的方向平行对准。例如，在预定深度处形成的一组内部裂纹，例如一组内部裂纹12a，通过在预定条件下利用激光束对硅衬底10的对应部分进行内部加工而形成，所以，希望所有内部裂纹12形状相同。然而，实际上，所形成的内部裂纹形状稍稍不同，即使在同一组内，如图16(b)和16(c)内，因为在激光束L会聚的给定点处通过激光束L的热量形成的内部裂纹或多或少是自然产生的。然而，加工条件比如激光输出或透镜系统的构造等、衬底10的材料即工件的材料、加工温度、衬底10的表面状态等，换言之，除了不可控制的一些条件之外的加工条件都是受控的。所以，所有内部裂纹都形成差不多相同的长度。所以，内部裂纹的长度可以控制为内部裂纹的典型长度。
至于用于控制硅衬底10内内部裂纹12的长度的方式，可以控制在向工件投射激光束时工件顶面和底面之间的温度差。而且，也可以增加或减小会聚点A处激光束L的直径和在会聚点A处激光束L提供的能量，改变提供给激光器的电流，改变振荡频率，因为改变这些参数改变了激光的脉冲宽度，而这又影响形成的内部裂纹的长度。对于工件是硅衬底10时在内部裂纹之间的长度差别，只要内部裂纹的长度保持在10-200μm的范围内，将存在离硅衬底10的顶面11的内部裂纹位置越深，内部裂纹越长的趋势。
硅衬底10的内部加工这样进行，即在硅衬底10的顶面11的邻近部分中形成内部裂纹12c的过程中，它们不前进到有表面划痕11a的顶面11。将不选择这样的加工条件，即在这些条件下，由于激光束的热量等，在会聚点A的邻近部分已经形成的内部裂纹生长并到达顶面11。如果内部裂纹12到达顶面11，内部加工产生的碎片从裂纹12喷出，在顶面上扩展，导致产生比如逻辑元件污染等问题。
避免这些问题的方法之一是选择由于下述原因裂纹从会聚点A向下前进(远离顶面11的方向)的加工条件。即，会聚点A实际上与产生内部裂纹的点重合。所以，这种加工条件的选择使其可以精确地控制裂纹12的前进顶端相对于顶面11的位置。而且，在顶面11上，如果刚好出现变化，则它使裂纹12的前进变化作用最小。比较起来，如果内部裂纹12从会聚点A向上前进，则当内部裂纹12的前进出现变化时，裂纹将到达顶面11。图17示出了内部裂纹12向上，即，朝激光束L的进入点前进的情形，以及向下的情形。图17中的会聚点A设为离顶面11为10-100μm深，以便防止硅衬底10的顶面11在硅衬底10的内部加工过程中损坏，而且，使其更容易分割硅衬底10。如果内部裂纹12从该会聚点A向上前进，则内部裂纹的前进顶端到达顶面11，如图17所示，且在使激光束L会聚在硅衬底10上的一定条件下，可以使内部加工产生的碎片喷出到顶面上。所以，在该实施例中，内部裂纹12这样形成，即内部裂纹12的前进顶端相对于聚光点A在硅衬底10的底侧，换言之，内部裂纹12最后到达的理论点B将在聚光点A的相反侧，远离激光束L进入硅衬底10的硅衬底表面，如图18所示。至于实现这一工艺的实施方法之一，所需的是在远离激光束L进入硅衬底10的硅衬底表面的聚光点A的相反侧上，在硅衬底10中产生张应力。更准确地说，存在着通过拉伸切割带T，在远离激光束L进入硅衬底10的聚光点A的相反侧上，在硅衬底10内产生张应力时，对硅衬底进行内部加工的方法，如图19(a)所示；以及通过利用易于被硅衬底10吸收的激光束照射硅衬底10的底面上与在位置上与内部裂纹12对应的点，通过在硅衬底10的底侧产生热应力而增强内部裂纹12的前进的方法，如图19(b)所示。
如上所述限制内部裂纹12可以从聚光点A向产生内部裂纹12的方向(向下)前进，从而远离激光束L进入点前进的上述加工方法的优点在于假定上述两种加工方法用于产生裂纹而前进到相同点，这种加工方法使其可以设定从聚光点A至内部裂纹12的底端B的距离，比使用可以允许内部裂纹12从聚光点A(图17)向上和向下传播的加工方法时更长。所以，这种加工方法使其可以更靠近顶面11地定位聚光点A，因此使其可以减小被激光束L照射的顶面11的面积大小，该面积等于在顶面11处的激光束L的水平截面。所以，这种加工方法可以减小逻辑电路和喷嘴层3产生的“掩蔽”量(激光到达衬底中的聚光点的量由于反射而减小的现象)，所以，可以更有效地内部加工硅衬底10。
参照图16(a)，沿硅衬底10的厚度方向，内部裂纹12可以是不连续的，包含多个小裂纹，例如12a-12c，或连续的。而且，沿硅衬底10被激光束L扫描的方向，所述多个内部裂纹12可以是不连续的，在相邻内部裂纹之间有较大间隔，如图16(b)所示，或实际上互相接触，如图16(c)。
最靠近硅衬底10的顶面11的一组内部裂纹12位于离顶面11为10-100μm的深度处，且不接触表面划痕11a。
所以，随着聚光点A的位置设定，当加工对应于设定的聚光点A的硅衬底10的内部部分时，输出激光束的振荡设定值改变；根据提前获得的数据(裂纹长度)选择功率和频率。而且，平台移动的速度需要根据选择的功率和频率改变，以便保持能量密度恒定。
当在脉冲宽度设为15-1000nsec范围内的值，能级设为2-100μJ范围内的值的情况下对硅衬底10进行内部加工时，所产生的内部裂纹12的长度在2-100μm的范围内。这样，具有预定长度的内部裂纹可以通过选择适当的激光振荡条件形成。
至于形成三组内部裂纹12，即，一组内部裂纹12a，一组内部裂纹12b，一组内部裂纹12c，它们在预定分割线C正下方，且深度不同，它们利用上述加工方法形成，同时控制(选择)激光束L的强度，而使最靠近顶面11的内部裂纹比其他的两内部裂纹12a和12b长度小。选择使形成的内部裂纹12c比内部裂纹12a和12b更短的加工条件的原因，是避免在形成所述一组内部裂纹12c时，异常的内部裂纹12c偶然到达硅衬底10的顶面11，而污染顶面11。
为了确保在硅衬底10的分割过程中将连接于表面划痕11a的所述一组内部裂纹12c，下面将描述分割过程，希望在硅衬底10的内部加工过程中所述一组内部裂纹12在不会偶然连接表面划痕11a的范围内，尽可能地靠近。
换言之，为了避免在硅衬底10的表面或内部加工时，异常裂纹12c偶然到达硅衬底10的顶面11，而污染顶面11的偶然问题，希望在表面划痕11a和位于紧接11a之下的所述一组内部裂纹12c之间设有一定量的间隙。
参照图20(a)，存在着当直接在表面划痕11a下方形成内部裂纹12c时，从聚光点A向下生长的距离大于它向上生长的距离。在极端情况下，内部裂纹12c仅从聚光点A向下生长。这种现象的原因似乎如下。即，当形成更靠近硅衬底10的顶面11的所述一组内部裂纹12时，激光束L受硅衬底10的影响(顶面11的反射或硅衬底10的吸收)。结果，将导致内部裂纹12从聚光点A向上生长的一部分能量部分损失在顶面11处。因此，内部裂纹12c不生长入在顶面11和用于形成内部裂纹12c的聚光点A之间的硅衬底10的所述部分，即使该部分处于激光束L的能量密度较高的路径中。
本发明的发明人所作的且不同于上述引用文献的研究表明，在裂纹的顶部1/3的邻近部分中在硅中有残余张应力，(更靠近激光束进入点的部分)(图20(b))。这种残余张应力沿使内部裂纹12变宽的方向作用。因此，在内部裂纹12c和顶面11之间的硅衬底10的所述部分内，即，内部裂纹12c不扩展入的所述部分中，可能沿垂直于内部裂纹12c生长方向的方向使内部裂纹12c变宽的这种残余张应力的存在，使内部裂纹12c更容易连接于表面划痕11a，所以使内部裂纹12c意外地扩展到表面划痕11a。
而且，也可能在如该实施例中硅衬底10的表面加工之后进行的硅衬底10的内部加工过程中，出现内部裂纹12c出乎意料地生长至表面划痕11a，而污染顶面11。比较起来，如果在硅衬底10的内部加工之后进行硅衬底10的表面加工，就有可能在硅衬底10的表面加工过程中，如图38所示的不希望的裂纹扩展到顶面。
参照图20(a)，至于避免这些问题的方式，聚光点A的深度，和利用激光束L加工硅衬底的条件仅需这样设定，即从内部裂纹12c至表面划痕11a的距离l，和沿硅衬底10的厚度方向的内部裂纹12c的长度c满足下述关系l＞c/2该关系式为本发明的发明人的研究，和本发明人从研究中引出的推论的结果。
更准确地说，在图20(a)中，在内部裂纹12c和硅衬底10的顶面11之间的硅衬底10区域内，有一部分保留张应力，比如在内部裂纹12c的顶部邻近部分中的所述部分，如图20(b)所示。所以，由于存在激光束L导致的残余张应力，造成在内部裂纹12c上方的该部分容易裂开。看起来象是在硅衬底10的厚度方向上，该部分的厚度大约是内部裂纹12c的长度0.5倍。
经验上已经知道，如果表面划痕11a和内部裂纹12c的形成满足不等式l＞c/2，则不可能产生比如图38所示的那些不连接于表面划痕11a的底部的不需要的裂纹，直到硅衬底10的分裂。
对于最靠近硅衬底10的顶面11的一组内部裂纹12c，为了满足上述要求，它应当位于离顶面11为10-100μm的范围内的深度，从而不会偶然地连接于表面划痕11a。
比较起来，所述一组内部裂纹12a和所述一组内部裂纹12b不可能产生表面污染。所以，内部裂纹12a和12b不需要在长度上象内部裂纹12c一样精确。而是，为了减小在分割硅衬底10时在硅衬底10中产生的应力值，利用上述方法进行控制，而使裂纹12a和12b生长到比内部裂纹12c可以生长的长度更大的长度。在某些情况下，可以使最靠近硅衬底10的底面的内部裂纹12a生长至底面，如图21所示。
下面将描述形成深度不同的多组内部裂纹的顺序。
根据图22(a)所示的第一种方法，首先，在一定数目的预定分割线C，或所有预定分割线C之下形成一组内部裂纹，例如内部裂纹12，而使其实际上离硅衬底10的顶面11的深度相同，然后，在一定数目的预定分割线C，或所有预定分割线C之下形成另一组内部裂纹，例如内部裂纹12b，该组裂纹与首先形成的一组内部裂纹(内部裂纹12a)深度不同。换言之，在硅衬底10内逐步地形成深度不同的多组内部裂纹。所以，第一种方法可以减小相邻预定分割线C的影响。
根据如图22(b)所示的第二种方法，首先，在第一预定分割线C之下连续地形成深度不同的一组内部裂纹12a，一组内部裂纹12b和一组内部裂纹12c，然后在下一预定分割线C下方重复所述过程等等。该方法可以减少当必须根据硅衬底10的平直度调整聚光点的位置时，自动会聚机构在工艺开始点起动的次数。
图23(a)-23(d)三维地示出了在硅衬底10的内部加工的各步骤的完成顺序中，在第一和第二加工方法之间的差别。图23(a)，23(b)和23(c)示出了第一种方法，图23(d)示出了第二种方法。在图23(a)-23(d)中，内部裂纹12a，12b和12c分离。然而，为了确保硅衬底10令人满意地分裂，希望内部裂纹12至少在两组内部裂纹12的每一组的特定部分中连接，(图16(c))。
在第一种方法中，在聚光点A沿预定分割线C移动的方向上有两种情况聚光点A仅在一个方向上移动的情况，如图23(a)和23(b)所示，和它在两个方向(一个方向，然后相反方向)上移动的情况，如图23(c)所示。后一种情况硅衬底10的扫描总距离较短，所以，后一种情况可以减小加工硅衬底10所需的时间长度。
在该实施例中，选择后一种情况。然而，选择哪一种情况应当根据硅衬底10的状态的综合研究确定(硅衬底10的平行性和扭曲)。
参照图3，当有两条或更多预定分割线C1，和两条或更多与分割线C1相交的预定分割线C2时，有分割线C1和C2互相相交的点(交点C12)。在每个交点C12的邻近部分，当在第一分割线C1下方形成一组内部裂纹之后，激光束L沿第二分割线C2移动而在与沿第一分割线C1移动的相同深度对硅衬底10进行内部加工时，激光束L受到第一分割线C1下方形成的一组内部裂纹的阻挡。这种现象是局部现象；不会出现在第二分割线下方的硅衬底10的整个部分上。然而，希望在沿第二分割线移动激光束L时，考虑到能量损失，在交点C12的邻近部分改变加工条件，或在开始沿第二分割方向扫描之前，改变加工条件，例如增加照射能量，从而当沿第二分割方向加工硅衬底10时，使硅衬底10在不同于沿第一分割方向加工硅衬底10的条件下加工。
在沿每一预定分割线在硅衬底10的顶面11上形成表面划痕11a之后，且在硅衬底10中，在每一表面划痕11a下方形成一组内部裂纹12a、一组内部裂纹12b、和一组内部裂纹12c之后，在表面划痕11a，和所述一组内部裂纹12c，或三组内部裂纹12中最靠近对应的表面划痕11a的一组裂纹之间没有连接。所以，在通过激光束L加工硅衬底之后，硅衬底10上的单个逻辑元件10a没有与硅衬底10分离。所以，不存在将由所述物体(硅衬底10)分割成的一块或多块例如半导体元件芯片等从待分割物体上落下的可能性。而且，在物体分割过程中，不会出现将干扰施加外力的待分割物体的一块或多块的位置偏差。
上述状态的硅衬底按下述顺序分割和分离。
参照图24，在形成表面划痕11a和内部裂纹12(12a，12b和12c)之后，硅衬底10放在分割设备的弹性橡胶板60上，而使其底面向上，同时保持安装在切割带T上。弹性橡胶板60由硅酮橡胶、氟化橡胶等制成。为了防止当硅衬底10的顶面11接触橡胶板60时，污染物附着在顶面11上的问题，可以在形成内部裂纹12之后，在硅衬底10的顶面11上粘贴用于背面研磨等的可从市场上得到的保护带R。
硅衬底10通过不锈钢滚筒61经切割带T对硅衬底10加压而分割。更准确地说，首先，硅衬底10放在橡胶板60上，而使硅衬底10上的预定分割线C之一，可取的是，平行于上述第一分割方向的分割线C，大致平行于滚筒61的轴线。然后，滚筒61在硅衬底10上滚动时，通过滚筒61对硅衬底10加压。当硅衬底10受压时，在滚筒61正下方的橡胶60的所述部分以下沉的方式变形。结果，在硅衬底10中产生应力，该应力沿拉伸硅衬底10的顶侧的方向作用，即沿拉伸硅衬底10的橡胶板侧的方向作用。该应力作用在顶面11的最薄弱区域；换言之，它起到使与预定分割线C1重合的表面划痕11a变宽的作用。
结果，从表面划痕11a产生裂纹，且连接于通过激光束L会聚对硅衬底10进行内部加工形成的内部裂纹12a，12b和12c。这样，裂纹从硅衬底10的顶面到底面连续。换言之，硅衬底10沿预定分割线C1分割。至于裂纹的前进，沿硅衬底10的晶向出现裂纹。然而，当裂纹连接于表面划痕11a时，出现硅衬底10的分割，所以，不会出现硅衬底10沿实质上偏离预定分割线C1的线被分割；每一裂纹在每一表面划痕11a的宽度范围内经硅衬底10的所述部分产生。随着滚筒61在硅衬底10上的前进，硅衬底10在平行于第一分割方向的每一预定分割线C1处分割。至于滚筒61滚压的方向，可以使用滚筒61从硅衬底10的边缘的一点滚压至边缘的相对点的方法，或硅衬底10通过滚筒61从硅衬底10的中心部分朝边缘滚压而受压的方法。
接着，硅衬底10转动90°，而使平行于第二分割方向的预定分割线C2大致平行于滚筒61的轴线。然后，通过滚筒61对硅衬底10加压，就象沿第一分割方向分割硅衬底10时一样，使裂纹从平行于第二分割方向的表面划痕11a产生，并到达硅衬底10的底面。
至于裂纹朝硅衬底10的外围的前进，它从硅衬底10的一个或多个部分开始，所述部分靠近倒角产生的斜面10c且在其内侧，且裂纹沿预定分割线C1前进。至于裂纹经硅衬底10的对应于斜面10c的所述部分、或经没有内部裂纹的硅衬底10的倒角部分的前进，它受到表面划痕11a的引导，如图25所示。换言之，甚至与倒角产生的斜面10c相对应的硅衬底10的所述部分也适当地分割，即它沿表面划痕11a的理论延长线被分割。
通过上述工艺，硅衬底10分成多个单独的元件芯片(逻辑元件10a)。
在如图24所示的分割工艺中，硬滚筒61导致橡胶板60的变形产生的应力作用在硅衬底10的顶面部分上。这样，为了避免出现逻辑元件10a和喷嘴层3在该工艺中损坏的问题，滚筒61施加给硅衬底10的载荷大小和橡胶板60的厚度和硬度必须适当地选择。而且，为了防止切割带T和表面保护带R干扰硅衬底10的分割，它们的材料和厚度也必须适当地被选择。
至于对硅衬底10沿从其底侧的直线均匀加压的方式，不必限于滚筒。例如，可以是刀片形式的工具，比如在日本专利申请公报2003-334675中公开的一种。
在利用比如滚筒或刀片的工具沿直线对硅衬底10加压的硅衬底分割方法的情况下，所述工具大致平行于硅衬底10分割的方向放置(滚筒的位置使其轴线大致平行于硅衬底的分割方向)，从而当对接触硅衬底10的工具沿给定的预定分割线施加压力时，施加的压力集中在硅衬底10的对应于预定分割线的部分上。所以，这种硅衬底分割方法的使用确保了硅衬底10精确地分割。
在最靠近硅衬底10的底面的一组内部裂纹延伸至硅衬底10的底面、或底面附近的硅衬底10的情况下，所述一组内部裂纹的位置可以利用显微镜可视地确认。这样，如果该组内部裂纹用作在硅衬底10上平行于预定分割线放置加压装置的基准，那么确保压力沿预定分割线施加在硅衬底10上。换言之，该组内部裂纹可以有助于硅衬底10的精确分割。
至于利用沿预定分割线施加外力，分割具有硅衬底10a和内部裂纹12的硅衬底10的方法选择，可以是下述两种方法之一。
参照图26，第一种方法如下通过沿相邻两逻辑元件10a之间的预定分割线C在硅衬底10中产生弯曲应力，使逻辑元件10a沿预定分割线C分割。更准确地说，待分离的逻辑元件10a保持在接触逻辑元件10a顶面放置的筒夹A62a和放在逻辑元件10a底侧上的销子63之间，然后向上顶推。为了避免相邻逻辑元件10，即，逻辑元件10a，靠近向上移动的逻辑元件10a，与将向上移动的逻辑元件10a一起向上移动，相邻逻辑元件10a通过筒夹B62b压住。所以，当中心逻辑元件10a，或将向上移动的逻辑元件10a向上顶推时，在硅衬底10中产生用于使与预定分割线C重合的表面划痕11a变宽的应力。结果，裂纹从表面划痕11a向硅衬底10内部产生，且连接于内部裂纹12，到达硅衬底10的底面。
至于第二种方法，参照图27，它直接将机械冲击传递给硅衬底10的顶面。更准确地说，在硅衬底10的顶面上形成表面划痕11a，和在硅衬底10内形成内部裂纹12之后，硅衬底10运送至单点接合器。然后，利用硬质微型工具64将冲击连续地传递给硅衬底10，在顶面11上，可取的是，在表面划痕11a的邻近部分内的区域上。结果，裂纹从表面划痕11a向硅衬底10的内部产生，从而连接表面划痕11a和内部裂纹12。
而且，在利用激光加工了硅衬底10之后，可以通过向硅衬底10传递热冲击分割硅衬底10。在这种情况下，向硅衬底10施加的热量必须在一个使逻辑元件10a不会受到不利影响的范围内。这种方法不向硅衬底10直接施加外力，所以不会损坏逻辑元件10a。
在表面划痕11a通过分割工艺中在其间产生的裂纹而连接于内部裂纹12时，另一裂纹产生于内部裂纹12的底端，并到达硅衬底10的底面。结果，硅衬底10分成多个单独的元件芯片10a。如果硅衬底的一定部分，或多个部分偶然地没有完全分割，那么这些部分必须再次进行分割工艺。至于分割这些没有完全分割的硅衬底10的部分的方法，利用比如图28所示的机构，仅向没有与相邻逻辑元件分离的逻辑元件10a施加外力，以便使其与相邻的完全分离。
在通过分割工艺和修整工艺将硅衬底10分成多个逻辑元件10a之后，逻辑元件10a被收集机构比如吸力筒夹65、拾取销66等收集，并单独存放。在该工艺中，元件10a之间的间隙可以利用扩展器扩大，从而即使硅衬底10具有一些硅衬底10没有完全分割的部分，这些部分也将分割开，并且，收集机构可以拾取每一逻辑元件10a，而不接触相邻的逻辑元件10a。而且，在该工艺中，拾取逻辑元件10a时产生的粉尘可以真空吸走，以避免逻辑电路、墨水喷嘴等受到粉尘粘附的不利影响。
分割硅衬底10产生的每一元件芯片的每一侧面，即由于硅衬底10的分割而产生的元件芯片的表面，包含表面划痕11a的内表面(至少表面划痕11a的内表面的一部分)；沿硅衬底10的厚度方向对准的所述多个内部裂纹12的每一个的相对表面之一，即，熔化而冷却形成内部裂纹的硅部分产生的表面；和连接这些内部裂纹12的裂纹的相对表面之一。对元件芯片10a的侧面的可视检查表明，与内部裂纹12和形成的用于分割硅衬底10的裂纹相对应的侧面部分，比对应于表面划痕11a的侧面部分更平滑；后者具有非常小的不规则的峰和谷。
表面划痕11a可以利用激光束形成。然而，如果表面划痕11a利用激光束形成，那么产生的元件芯片10a的侧面将包含硅的熔化部分冷却产生的表面。
如果作为待分割物体的硅衬底10的顶面是这样的结构，即它干扰其中硅衬底10的内部用激光束L照射的工艺，那么硅衬底10可以利用激光束L从硅衬底10的底侧照射，以便对硅衬底10进行内部加工。而且，如果硅衬底10的顶面粗糙，那么可以通过蚀刻等处理工艺，在激光束L将进入硅衬底10的区域上平滑；换言之，它可以形成用于激光束L的窗口。
在下文中，将描述本发明的其他实施例。如果未在本发明的任一下述实施例中描述给定结构排列，那么这种结构排列实际上与前一实施例相同。
(实施例2)在硅衬底10的情况下，其表面层是二氧化硅薄膜2，不同于主衬底材料，以便确保可靠地形成内部裂纹，被硅衬底10的表面反射的激光束量必须最小化，因为能量损失的主要原因是激光束L被硅衬底10的表面反射。
所以，对第一实施例中的硅衬底分割工艺进行局部调整。
图29是该实施例中的硅衬底分割工艺的流程图。该实施例的硅衬底分割工艺包含利用胶带安装硅晶片1的步骤1；校正硅晶片1的步骤2；形成光投射窗口的步骤3；形成内部裂纹的步骤4；形成表面凹槽的步骤5；分割硅晶片1的步骤6；修整未完全分离的元件芯片的步骤7；和收集分离的元件芯片10a的步骤8。
参照图30，在形成激光投射窗口的步骤3中，为了使发射的激光束的能量在步骤4中有效地会聚，形成使硅衬底10的氧化物薄膜2厚度最佳的凹槽2a。图31是示出了二氧化硅薄膜2的厚度和反射系数之间的关系的图。根据该图，选择使氧化物薄膜2的反射系数相对于激光束L最小的氧化物薄膜2的厚度。
更准确地说，当光源是YAG激光的基波(波长为1064nm)时，且nd＝270nm(约λ/4)，那么反射系数最小，约4％(图31)。这样，通过蚀刻等方法在氧化物薄膜2的顶面上形成凹槽2a，而使氧化物薄膜的凹槽部分的厚度为该值。无需说，凹槽2a通过蚀刻在氧化物薄膜2的表面上形成，激光束L经过所述凹槽在硅衬底10内会聚，而在硅衬底10内形成裂纹。
代替在氧化物薄膜2的表面上形成凹槽2a，氧化物薄膜2本身可以形成最佳的厚度。
内部裂纹通过使激光束L穿过具有最佳厚度的氧化物薄膜2的所述部分在硅衬底10内会聚而形成。然后，沿着预定分割线，利用非热方法，例如，利用碳化物或金刚石镶刃划刻器等划刻顶面，在硅衬底10的顶面上形成表面划痕11a。这种形成表面划痕11a的工艺可以在通过激光束对硅衬底10进行内部加工之前进行。
根据该实施例，激光束的能量损失，因为激光束受到硅衬底10的表面的反射，所以氧化物薄膜形成的表面层可以最小化，从而可以减小内部裂纹形成的过程中消耗的能量。而且，可以避免氧化物薄膜厚度不均匀、薄膜性能的不均匀性等致使形成内部裂纹的工艺不稳定的问题。
(实施例3)参照图32(a)，在该实施例中的硅衬底20具有多个不寻常形状的逻辑元件20a，即，在其长和短边缘之间的比值异乎寻常地更大的逻辑元件。当通过在硅衬底20内形成多个内部裂纹、和在硅衬底20的顶面21上形成表面划痕21a而分割该硅衬底20时，在沿平行于逻辑元件20a的较长边缘的预定分割线C1分割硅衬底20时，逻辑元件20a损坏的频率可能大于在沿预定分割线C2分割硅衬底20时逻辑元件20a的损坏频率。
尤其是，如果硅衬底20是这种有多个逻辑元件20a的硅衬底，每一逻辑元件由具有液体喷射孔的孔板覆盖，那么不仅产生具有不希望的外围轮廓的逻辑元件20a的裂纹扩展，如上所述，而且，裂纹从液体喷射孔的拐角扩展到逻辑元件20a的边缘。这些问题的原因认为是当沿平行于逻辑元件20a的较长边缘的预定分割线分割硅衬底20时，在硅衬底20(逻辑元件20a)中产生大量的弯曲应力，且逻辑元件20a不能承受这种弯曲应力。因此，在该实施例中，通过使沿平行于逻辑元件20a的长边缘的预定分割线分割硅衬底20时在硅衬底20内产生的应力，比沿逻辑元件20a的较短边缘的预定分割线分割硅衬底20时在硅衬底20内产生的应力更小，避免了在沿平行于逻辑元件20a的较长边缘的预定分割线分割硅衬底20时，某些逻辑元件20a损坏的问题。减小沿平行于逻辑元件20a长边缘的预定分割线分割硅衬底20时在硅衬底20内产生的应力所必需的是减小沿上述分割线分割硅衬底20所施加的压力；而且减小沿上述分割线分割硅衬底20所施加的压力所必需的是形成内部裂纹，从而在给定的预定分割线下方，沿硅衬底20的厚度方向对准的所有裂纹的长度总和，和硅衬底20的厚度之间的差值(沿硅衬底20的厚度方向硅衬底20的未加工部分)变小。
因此，例如，当沿平行于逻辑元件20a的较短边缘的预定分割线C2形成多组内部裂纹12时，硅衬底20进行内部加工三次，每次深度不同，从而沿硅衬底20的厚度方向，形成对准的三个内部裂纹22，如图32(c)所示，但是当沿平行于逻辑元件20a的较长边缘的预定分割线C1形成多组内部裂纹12时，硅衬底20进行内部加工四次，每次深度不同，如图32(b)所示。所以，沿平行于逻辑元件20a的较长边缘的预定分割线C1对硅衬底20进行内部加工花费更多的时间。但是，如图32(b)所示，该图为图32(a)的线A-A的硅衬底20的剖面图，该线A-A平行于逻辑元件20a的较长边缘，硅衬底20的未加工部分的总长度，比如图32(c)所示的硅衬底20的未加工部分的总长度小，图32(c)是图32(a)的线B-B的硅衬底20的剖面图。所以，当沿平行于逻辑元件20a的较长边缘的预定分割线C1分割硅衬底20时，可以通过施加比沿平行于逻辑元件20a的较短边缘的预定分割线C2分割硅衬底20时更小的外力，分割硅衬底20。换言之，这种内部加工硅衬底20的方法可以精确地分割硅衬底20。
如上所述，根据这种方法，沿硅衬底20的厚度方向(与衬底的主表面相交的方向)，形成的内部裂纹数目根据预定分割线的方向确定，从而使沿平行于逻辑元件20a的较长边缘的方向对硅衬底20进行内部加工时沿硅衬底20的厚度方向的硅衬底20的未加工部分的总长度更小。所以，这种方法减小了分割硅衬底20时逻辑元件20损坏的数量。
顺便提及的是，作为减小沿平行于逻辑元件20的较长边缘的预定分割线分割硅衬底20施加的作用力大小的另一种方式，可以减小在形成内部裂纹的激光束扫描硅衬底20的方向上未加工的硅衬底20的总长度，或可以减小沿上述厚度方向和扫描方向的未加工的硅衬底20的总长度。为此，在沿硅衬底20的厚度方向的位置，每一裂纹的长度，沿激光束移动的方向的裂纹密度等方面，每组内部裂纹根据预定分割线的方向进行调整。
例如，可以设定聚光点的位置，而在沿平行于逻辑元件20a的较长边缘的方向对硅衬底20进行内部加工之后，使最靠近其上有多个逻辑元件20a的硅衬底20的顶面21的一组内部裂纹尽可能地靠近顶面21，但不到达顶面。当沿平行于逻辑元件20a的较长边缘的方向加工硅衬底20时，考虑到硅衬底20被激光束扫描时平台的微小竖直运动，希望激光束以比沿平行于逻辑元件20a的较短边缘的方向加工硅衬底20时更低的速度移动。
而且，沿平行于逻辑元件20a的较长边缘的方向对准的一组内部裂纹中的每一内部裂纹长度上的生长可以通过硅衬底20的内部加工得到增强，同时通过冷却硅衬底20的底面而保持硅衬底20的顶面和底面之间较大的温度梯度。
而且，作为形成沿平行于逻辑元件20a的较长边缘的方向较高密度的一组内部裂纹的另一种方式，可以增加激光束加工硅衬底20的频率，或减小激光束移动的速度。
(实施例4)参照图33(a)，在该实施例中，具有多个逻辑元件30的硅衬底30利用激光束进行内部加工，从而通过激光束一次扫描硅衬底30，形成多组内部裂纹，它们沿同一预定分割线对齐，离顶面31的距离(深度)不同，且内部裂纹的长度不同。因此，图14所示的设备的聚光光学系统52采用了使激光束会聚在三个不同的点A1、A2和A3处的光学元件。更准确地说，参照图33(b)，聚光光学系统52具有使激光束会聚在其光轴上的多个点处的光学元件。至于使激光束会聚在多个点的方法，有振幅分割法和波(阵)面分割法。某些振幅分割法采用分束器等。然而，在该实施例中，使用图33(c)所示的衍射光学元件52e。
衍射光学元件52e可以调节表面形状而产生多波面。计算使激光束会聚在多个点上的模式，根据计算的模式形成表面形状。
代之以，根据波(阵)面分割法，可以使用图34所示的光学元件52f。光会聚区域B1和B2在衍射上不同，所以聚光点不同分别为聚光点A1和A2。换言之，一束激光可以同时会聚在多个点上。这种光学元件可以通过局部加工光学透镜实现，例如通过将透镜粘合于另一衍射不同的透镜上。而且，可以采用棱镜。
而且，根据波(阵)面分割法，上述衍射光学元件也可以发展成光学元件，比如光学元件52f。
对于聚光光学系统52来说，代替采用使激光束会聚在多个点上的光学元件，可以采用光学元件52g和中继透镜52h的组合，如图35所示，使激光束会聚在聚光光学系统52和光源51之间的中点O附近的多个点上，且在工件W中形成聚光点的图像。
(实施例5)如上所述，每个聚光点A形成的内部裂纹长度为2-100μm，且形成裂纹的硅衬底10的厚度为625μm。所以，为了分割硅衬底10，必须沿硅衬底10的厚度方向，对硅衬底10进行多次内部加工。至于沿硅衬底10的厚度方向，激光束会聚在硅衬底10中多个点上而内部加工硅衬底10的顺序(硅衬底10进行内部加工，且没有使激光束平行于硅衬底10的顶面移动，从而内部裂纹沿硅衬底10的厚度方向对齐)，首先，激光束会聚在离硅衬底10的顶面最远的聚光点(最靠近底面的聚光点)，然后，会聚在离顶面次远的聚光点上，依次等等。
图36是在垂直于硅衬底10的主表面的平面上，硅衬底10的内部加工部分的剖面图。图36(b)是图36(a)中的部分G的放大图。在这种情况下，硅衬底10进行内部加工，而根据分割试验结果，使相邻两加工部分42之间的间隔可以使多个加工过的部分42被认为是一个较长的已加工部分。对硅衬底10进行内部加工，而在工艺完成之后，沿硅衬底10的厚度方向对准的多个加工部分42可以认为是一个较长的已加工部分的内部加工方法，指的是这样的内部加工方法，即该方法加工硅衬底10，而使随后分割硅衬底10时在相邻两已加工部分42之间形成，且连接所述两部分的裂纹，不与作为硅衬底10的材料的晶体硅的任一解理面重合。利用这种方法，例如，当在下有可以认为是一个较长的已加工部分的两已加工部分42、和连接所述两部分的裂纹的点处分割硅衬底时，形成其表面实际上平坦的更长的裂纹。换言之，硅衬底10可以分割而形成多个逻辑元件10a，其次表面实际上是平坦的。
而且，至于沿水平方向(X和Y方向)，即，垂直于硅衬底10的厚度方向的方向(硅衬底10分割时形成的理论表面，且平行于Z方向)，每一已加工部分42相对于另一已加工部分的位置偏差，这出现在加工部分42时，已加工部分42的水平偏差(在图36中水平方向上的部分42的偏差)必须在约5μ内。如果偏差超出该范围，那么连接相邻两已加工部分42的裂纹不可能形成平坦的表面。至于待加工部分42的数目，应当根据条件确定，所述条件通过分割试验确定，从而形成平坦的表面，但硅衬底10的分割产生的表面尺寸和待加工的内部部分的尺寸也必须考虑。
在该实施例中，对硅衬底10进行内部加工，而在完成加工之后，在给定的预定分割线的给定点下方，将有多个沿硅衬底10的厚度方向对准的已加工部分，且在相邻两已加工部分42之间有间隙，所述多个已加工部分可以认为是一个较长的已加工部分。所以，随后分割硅衬底10时将形成的表面是平坦的。所以，不仅可以避免元件安装在错误位置的问题，而且可以使硅衬底10的损坏最小。
(实施例6)如果硅衬底10如第五实施例那样进行多次内部加工，硅衬底10或被加工物体会变脆，且有时候在硅衬底10的内部加工和硅衬底分割工艺之间意外地分割。为了避免这种问题，推荐在包含多个较短的已加工部分32a在内的相邻两个明显较长的已加工部分之间的至少一部分不被加工。
至于明显较长的已加工部分33的位置，可以是如图37(a)-37(d)所示的四种排列。在这些情况下，根据经上述硅衬底分割试验获得的知识加工硅衬底10，这样利用硅衬底10分割时相邻两较短已加工部分32a将利用不与晶体硅的任一解理面重合的裂纹相连接而提供的间隔，定位每一明显较长的已加工部分33中较短的已加工部分32a。
图37(a)示出了在硅衬底10中形成两个明显较长的内部裂纹33的排列，沿硅衬底10的厚度方向对齐，而保留三个未加工部分(在硅衬底分割工艺之前裂纹没有扩展穿过的部分)，即，在顶部内部裂纹33和顶面11之间的部分，在两内部裂纹33之间的部分，和在顶部内部裂纹33和底面13之间的部分。
图37(b)示出了沿硅衬底10的厚度方向在硅衬底10中形成一个明显较长的内部裂纹33的排列，从而保留两个未加工部分，即在一个表观较长的内部裂纹33和顶面11之间的部分，和在裂纹33和底面13之间的部分。
图37(c)示出了一种排列，其中四个明显较长的内部裂纹33，即，一对明显较长的内部裂纹33沿衬底的厚度(深度)方向对准，且其位置使未加工部分在上面、之间和下方，一对明显较长的内部裂纹33平行于水平方向对准，且在连接竖直对准的一对裂纹33的直线的相对侧上一对一地定位，从而在水平对准的一对内部裂纹33之间的未加工部分起阻止这些裂纹的作用，这些裂纹可能在竖直对准的一对裂纹33之间的未加工部分中沿平行于硅晶体的解理面的方向扩展。
图37(d)示出了在硅衬底10中形成两个明显较长的内部裂纹33的排列，沿硅衬底10的厚度方向对准，明显较长的加工部分33的底端离顶面11最远而到达底面13。在这种情况下，与底侧上的明显较长的已加工部分33相对应的硅衬底10的所述部分形成时，所形成的粉尘等污染物可能在底面13上扩展。然而，通常衬底的底面，如在该实施例中，覆盖有粘结的切割带等。实际上，在前面实施例中的每一衬底，也覆盖有切割带等。所以，认为在底侧上的明显较长的内部裂纹33形成过程中产生的粉尘，可能在硅衬底10的底面上扩展，但被切割带的粘结剂层捕获，所以，不到达衬底10的顶面11，或重要表面。
该实施例可以避免硅衬底10在输送至分割装置时意外分割的问题，以及衬底和/或加工设备被外部物质意外污染的问题，比如衬底加工过程中产生的内部积累的粉尘。
虽然参照所公开的结构描述了本发明，但它不限于所公开的细节，且本申请旨在覆盖所述改变的目的和下述权利要求的范围内的这些改变或变化。
权利要求
1.一种利用激光束从待分割物体上分割一部分的激光分割方法，所述方法包含通过在所述物体的表面上形成线性下凹部分而加工物体的表面加工步骤，所述线性下凹部分有效地对其产生应力集中；在激光束通过两者之间的相对运动扫描物体表面所沿着的直线上的物体深度处，形成内部加工区域的内部加工区域形成步骤，所述激光束靠近所述深度会聚，其中这样形成的内部加工区域沿实质上垂直于物体表面的方向延伸；以及对物体施加外力而在所述下凹部分和所述内部加工区域之间形成裂纹的外力施加步骤。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述激光束不会聚在所述物体的具有斜面的部分上。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于连接所述下凹部分和内部加工区域的裂纹形成所述被分割部分的侧面。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于在所述外力施加步骤中，裂纹从所述下凹部分朝所述内部加工区域扩展。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述内部加工区域形成步骤在所述表面加工步骤之前进行。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述内部加工区域形成步骤在所述表面加工步骤之后进行。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述物体具有晶体结构，在所述内部加工区域形成步骤中，在激光束在所述深度处会聚之后，激光束在另一深度处会聚，从而形成深度不同的内部加工区域，且在所述外力施加步骤中，裂纹不沿晶体结构的解理面延伸，而使内部加工区域互相连接。
8.一种待分割物体，该物体上形成有分别包括半导体元件的多个电路，所述物体包含在所述物体的表面上形成的下凹部分；通过应用会聚在所述物体的一深度处的激光束而在所述物体内部形成的内部加工区域，其中通过使所述下凹部分与所述内部加工区域连接，将所述物体分割成多个分别具有半导体元件的元件芯片。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于在所述下凹部分和所述内部加工区域之间的距离l和沿深度方向测量的内部加工区域的长度c满足l＞(c/2)。
10.如权利要求8所述的设备，其特征在于分割的元件芯片在其表面处的碎片小于所述下凹部分的宽度。
11.一种通过从待分割物体上断裂和分割而形成的半导体元件芯片，所述物体具有在其表面上的多个半导体元件电路，在表面上形成的下凹部分和通过会聚激光束形成的内部加工区域，所述半导体元件芯片包含通过分割形成的侧面；其中所述侧面具有已经构成所述下凹部分的至少一部分的部分；已经构成所述内部加工区域的一部分的部分；已经构成所述下凹部分和所述内部加工区域之间裂纹的一部分的部分。
12.如权利要求11所述的半导体元件芯片，其特征在于在所述下凹部分和所述内部加工区域之间的距离l和沿深度方向测量的内部加工区域的长度c满足l＞(c/2)。
13.一种通过从待分割物体上断裂和分割而形成的半导体元件芯片，所述物体具有在其表面上的多个半导体元件电路，在表面上形成的下凹部分和通过会聚激光束形成的内部加工区域，其中所述物体具有晶体结构，所述半导体元件芯片包含通过分割形成的侧面；和已经构成所述下凹部分的至少一部分的部分；已经构成所述内部加工区域的一部分的熔化凝固部分；以及已经构成所述下凹部分和所述内部加工区域之间的裂纹的解理面。
14.如权利要求13所述的半导体元件芯片，其特征在于已经构成所述下凹部分的至少一部分的所述侧面，具有比解理面的更细微的凹坑和突起。
15.如权利要求13所述的半导体元件芯片，其特征在于已经构成所述下凹部分的至少一部分的所述侧面，包括所述熔化凝固部分。
16.如权利要求13所述的半导体元件芯片，其特征在于在所述下凹部分和所述内部加工区域之间的距离l和沿深度方向测量的内部加工区域的长度c满足l＞(c/2)。
全文摘要
一种利用激光束从待分割物体上分割一部分的激光分割方法，包括通过在所述物体表面上形成线性下凹部分而加工物体的表面加工步骤，所述线性下凹部分在物体表面有效地产生应力集中；在激光束通过两者之间的相对运动扫描物体表面所沿着的直线上的物体深度处，形成内部加工区域的内部加工区域形成步骤，所述激光束靠近深度处会聚，其中这样形成的内部加工区域沿实质上垂直于物体表面的方向延伸；对物体施加外力而在所述下凹部分和所述内部加工区域之间形成裂纹的外力施加步骤。
文档编号B23K101/40GK1657220SQ20051000930
公开日2005年8月24日 申请日期2005年2月18日 优先权日2004年2月19日
发明者井利润一郎, 稻田源次, 须釜定之, 西胁正行, 森本弘之 申请人:佳能株式会社